Question

我们能穿越时空吗？

Answer 1

我们都希望自己能够拥有更多的时间。能够随心所欲地穿越时空，回到过去；或者是前往未知的百年后的未来。但是，就算是地球上最聪明的科学家也未能使人类达成这个愿望。人类还在寻求新的科学途径，或许有一天我们能够达成这个愿望。

穿越时空到底可能吗？

我们该怎么去做到？

从某种程度上，地球上的男女老幼都是时空旅行者，从出生到死亡，我们在时空中勇往向前，无法回头。

科学是否能拆除过去与未来的壁垒，让我们自由在两者间穿越？

时间的特性

在我们的常识中，时间是一个单一的整体，我们随着时间的流逝会变老。但随着计时系统精确度的空前提升，我们发现时间并不是如我们想象的那样流动。时间不是一个单一的整体，真相是时间是因人而异的。比如，现在是几点？它取决于你在哪里。

我们把时间放到一个重力场时，越接近重力场越强的地方，时钟就走得越慢。事实上，地球是有弹性的。每天涨潮和落潮时，地球就会像球一样，稍微发生变形。因此，你脚下的土地会有大约1尺的起伏变化。所以，时间也会有快慢之分，离地面越远，走得越快。

时间和空间之间是紧密相连的。

重力让时间变慢，这就是时空旅行的关键之一。

的确有人可以时空旅行，比如说宇航员。当他离开地球表面，高速移动时，他的时间会和在地球上不同。比如以17,000里的飞行时速，在地球的重力场之外快速移动，度过803天，时间就会比在地球上的我们慢1/48秒。听起来不多？但如果给他更多的动力，让他能够移动更快，接近大约6亿7千万的光速/小时，情况将会大为不同。他如果以此速度在太空旅行1年，他回到地球将会发现在地球上时间已经过了10年！

另一种时空机——欧洲大型强子对撞机（LHC）

它是世界上最大及最快的粒子加速器。它能让某些物质移动得比火箭还快。比如，他们将质子加速到接近光速，然后让它们碰撞到一起。由碰撞爆炸产生的次原子粒子，只能存在大约十亿分之一秒，但在大型强子对撞机里，相对于我们的时间会比较长。LHC之所以被称作时空机是由于物理学的有趣特性，速度在一般情况下是正常的，但在极高的速度下则是有极限的，所以在环管里的质子是以接近光速的速度前进，当无法再快时，它们的时间会开始变慢，它们的时间距离会比我们的长。在环状管里移动的质子它们的时间会比我们的慢，它们就像是时空旅行者。

我们是否能回到过去？

光速是18万6千里/秒，但某道光从一处到另一处都需要时间，这正说明你看到的一切正是过去所发生的。光线前进一尺，耗时10亿/1秒，所以你看到的事物都是在10亿/1秒前的。我们凝神越遥远的星空，就是在凝视越遥远的过去。宇宙的边际距离我们有137亿光年，也就是137亿年前的过去。根据爱因斯坦时间跟空间一样，既然此刻的这里存在着空间，就意味着此刻的这里也存在着时间。

爱因斯坦意识到时间是以你所在的位置和你移动的速度而定的。时间是第四维度，与时间紧密相连的长度、宽度和深度，也就是空间维度。几年后，爱因斯坦用重力对时空影响的概念创造了一个宇宙的数学地图。他证明了空间与时间的结构是弧形的，如果宇宙是弧形的，那可能就有方法去跨越宇宙的桥梁或去创造内部实现时空穿越的回路。

穿越时空的设想

哥德尔在1949年得到的结论是，他发现如果宇宙按其轴线转动，而你则是保持完全静止的状态，那就有可能前往宇宙中的任何时间与地点。只是，我们知道宇宙是不会转动的，也就没有时空旅行这回事了。

哥德尔的大胆猜想启发了物理学者Frank Tipler。我们无法转动宇宙，不论它是否真的在旋转，但如果用模型相对较小的旋转柱体来代替，或许就能做到，所以只要能证明旋转柱体会产生那些时间的回路，我们就能回到过去。

Tipler的巨大柱体将挂在宇宙中，并以接近光速旋转，空间会产生时间，时间也会形成空间，因为在柱体周围的时空都会扭曲，所以藉由绕着柱体向前走。你就能回到过去。但之后Tipler 发现他的概念有一些问题，他了解到旋转柱体虽然是一种解答爱因斯坦方程式的简单模型，却不切实际。因为它必须是无限延伸的柱体。而创造无限延伸的柱体难度和创造宇宙相差无几，我们显然办不到。所以，他想是否有可能缩小这种结构，后来发现那是不可能的。因为，如果你想加速一个柱体，让它变成时光机，你会发现在创造出时光机之前，空间与时间就会被你扯出一个洞，你会在那里的空间与时间中，创造出一个奇异点。所以，Tipler不得不放弃去创造一个时空机。

黑洞&虫洞

Tipler或许无法造出一个旋转柱体，但宇宙中早已有一些以接近光速旋转的巨大质量物体---黑洞。黑洞的巨大重力将物力法则推向了极限。黑洞是小型但质量巨大的物体，它们遍布宇宙，黑洞的强烈重力对时间与空间结构的扭曲比其他我们所知的任何天体都还要强。我们能利用黑洞扭曲时间的特性吗？

遗憾的是，黑洞不是时光机，当你落入奇异点时，你会被压碎。加州科技大学的Sean Carrol认为黑洞就像是一条单行道，一旦落入，我们就回不去了。

如果黑洞不行，那宇宙中的另一种异象“虫洞”呢？

虫洞是连接两处相距遥远地点的神奇出入口，这些宇宙天桥让我们能跨越空间并进行时空之旅。飞进虫洞，你就能走快捷方式前往另一处地点或时间。我们没有证据证明虫洞的存在，却有许多可靠的科学支持这个理论。

虫洞的得名

著名物力学家Kip Thorne解释说，虫洞就如同你有一只苹果，有一条虫钻了一个洞穿过苹果，从某侧到另一侧，我们可以把苹果的表面想象成宇宙，而那条虫则是从某个较高的维度穿透到另一边。如果虫洞存在，那它们将会比原子还小；如果我们想穿过它，那就必须将它们撑开撑大。撑开虫洞需要极大的能量，不是一般的能量，而是称为负能量的能量。

负能量是一种反重力，它会排斥空间与时间的结构，并且防止重力压垮虫洞。很多人不相信有负能量的存在，但事实上在现代物理学中，我们知道有一些负能量的粒子是每天都会在实验室里产生出来的。极少的负能量通常转瞬即逝，但仍存在。因此不排除这样的可能性，一个很先进的文明是否能累积足够的负能量并将它留在虫洞内部保持够久的时间，好让人穿过它？

宇宙弦

物理学家Richard Gott有一个大胆的想法：利用天体现象中的时间扭曲作用。他希望利用宇宙弦周遭的强大重力来创造时间的回路。

宇宙弦是很细小的能量束。人类目前无法打造比光速更快的宇宙飞船，但在广义相对论中也就是时空扭曲的理论中，如果走快捷方式就能超过光速，因此这样就能让你环绕着宇宙弦飞行，并让你回到过去。

没人知道宇宙弦是否存在，但许多物理学家认为它们存在。它是一股股高密度的真空能量，自大爆炸时就遗留至今。它们的横截面积比原子核还窄，有些宇宙弦可能很短，有些可能无限长，但它们都能产生极大的重力。只要有极大重力的地方，就有可能创造出跨越时间与空间的快捷方式。

但这理论也有个问题，首先，以高速将两条宇宙弦推在一起时，就可能会造成一个黑洞，你或许在完成时空旅行后就会死亡。甚至死于完成时空旅行之前。另一个问题是这个回路的重量，可能会是我们整个星系质量的一半，如果你想回到一年以前的话。所以，这项计划只有极高的文明才可能尝试。

从物理的角度思考时间旅行可行性

掌握量子力学中某些我们未知的定理，可能是避免时光机在启动瞬间自我毁灭的关键。

我们还不清楚重力在量子世界里的运作情形，也就是超微小的波与粒子。在爱因斯坦的理论里，时空旅行几乎是不可能的，但在另一个世界及物理学中，爱因斯坦的合理法则不一定适用。那就是原子内部，在那里适用的是量子力学的诡异法则。

量子力学的概念就是万物存在比你能观察到的丰富很多，所以你在某个地方看到一个粒子时，量子力学说你没看到时，那个粒子可能无处不在。也许很可能你在好些地方都会看到它，但其实你在哪里会看到该粒子，是有许多可能性的。

量子力学最奇怪的特性之一是非区域性。它是指两个粒子会马上影响彼此，即使它们相距数里或数光年也一样。这有点像巫毒法术，你拿针刺木偶，被诅咒的人也会受影响。但与巫毒不同，量子的非区域性是经过科学验证的。

量子力学说，不论你对一个光子做了什么事，反应不会只在这个光子上，而是会对两个光子产生整体的反应。有人认为，虽然两个光子相隔的距离很远，但它们还是构成了一个系统，因此整个系统就会立刻反应。这就是量子的非区域性。

量子物理学和光纤专家Nicolas Gisin透过延伸穿越日内瓦的光钎缆线来传送光子信号。一端的一对光子由镭射活化，而另一段的光子则立刻有了反应，没有任何东西移动，也没有能量的交换。不知为何，这些粒子就是能分享讯息。爱因斯坦把这形容为幽灵般的超距作用，所以这种幽灵般的超距作用并不是在时空中发生的，时空中没有任何情节能告诉我们这种非区域性的相互关系是如何发生，因此我们认为它们似乎是不知怎么地从时空以外出现。这当然深深地牵涉到我们对时空的了解。

有些人认为量子的非区域性可以用来将讯息传送到过去。华盛顿大学的John Cramer正在测试这个概念。他和Gisin一样，他也是用纠缠的具有非区域性的光子来做实验。Cramer是想将光子信号从现在传送回很近的过去。这些订制的镭射核称为干涉仪的测量装置，是Cramer时光机的核心。一台叫Alice的干涉仪将光子信号传给另一台称为Bob的干涉仪。如果Cramerl理论正确，且校准无误，Bob将会在Alice送出讯息前的若干分之一秒接到讯息。因果关系将会颠倒。Alice可以控制这里的粒子特性反应或光波特性反应。因为光子被限制在空间中，Bob干涉仪想要收到信号，就能看看它是否同时出现了干涉图形。目前这个距离只有几公分，这段距离也可以是几光年，而Alice还是能做同样的事，对其产生同样的效果，这就是纠缠的作用。

如果理论可行，那也只是将讯息传回传送之前的100万分之1秒，不过，就算是极短时间之前的过去，也将会彻底改变我们对时间的认知。它将会证明后因法则，即未来事件会影响过去世间的理论确实存在。如果真的成功，那将会意义非凡。

我们是否能改变过去？

我们首先想了解时空旅行的是：1.原则上物理法则是否允许。我们需要通过量子重力学的法则才能找到答案。2.如果回到过去是可能的，那大自然要如何处理所谓的祖父悖论？比如，你回到过去，在祖母还未怀父亲前把祖父杀了，因此这就改变了历史。自然又如何处理这个问题呢？

传统的解释是，时空是一个四维度的整体，它不会改变。所以如果时空旅行者回到过去，也是他过去的一部分。他们无法改变过去。换言之，如果你让时空旅行者登上泰坦尼克号，就算你向船长去做预警，他也不会理会你。因为这个既定事件已经发生。所以，传统观点认为时空旅行者无法改变过去。

就算我们有一天拥有了回到过去的技术，时光机也只能从我们发明它的那一刻起生效。从创造出的第一个时空回路开始。你藉由移动宇宙弦来创造时光机时，假设当时是3000年你利用时空扭曲创造出一个时空回路，时空旅行者发现他永远都是朝未来前行的。或许也有例外，同样地，它也来自量子力学的诡异世界。量子物理学家认为，有无数的平行宇宙存在。而这些平行的宇宙都在我们周围。

每次你做决定，如掷硬币，结果只有两个。于是宇宙就会形成两个单独的分支，这就是量子力学里的多重世界理论。如果你允许替代宇宙存在，你还必须避免逻辑悖论，过去所发生的事还是会发生，但是在某个宇宙所发生的事，它不适用于新的宇宙。根据量子力学，多重世界是存在的，那么即使你回到过去杀了你祖父，你杀的人跟你祖父是同一个人，但他只是在某个平行世界里的你祖父。在那个平行世界，你祖父被来自另一个宇宙的你给杀了，因此就不可能有你父亲和你出现。但没关系，因为你根本就从没存在于那个平行的宇宙，你用你时光机所做的其实是跨越宇宙。

时空旅行似乎不太可能在短期内实现，无论是回到过去还是前往某个平行宇宙。制造时空机的科技目前远超人类目前的能力，我们现在的科技还太微不足道。但还是有一个方法能让我们回到过去，我们可以计算机模拟重建过去。等我们的计算机效能够强大时，它们就能模拟出庞大而复杂的世界，包括人类在过去所犯下的错误。这些对过去的模拟在视觉和感觉上都会很逼真，你甚至无法察觉到它们是模拟的，虽然不是真的过去，但也是次佳选择。

或许我们离穿越时空还有非常漫长的路要走，但正是这种梦想在不断推动着人类不断实验探索，带动着我们的科技飞速进步。